卷期：《土壤学报》2023年第60卷第5期
土壤健康作为维持动植物和人类健康的基础，是支撑陆地生态系统功能和服务的关键。2000年，Doran和Zeiss首次提出土壤健康的概念，即土壤维持植物、动物和人类的重要生命系统的持续能力。健康的土壤在增强作物抗逆、提高土壤肥力和作物产量以及维持根际生命共同体和区域农业生态系统可持续性方面发挥至关重要的作用。
我国旱区主要集中在西北地区，耕地面积3.67 亿亩（1亩为666.7m2），作为我国主要的粮食生产后备区，对于保障国家粮食安全具有重要战略地位。如何精准挖掘未知的土壤微生物组，丰富土壤健康评价指标体系，调控旱区土壤健康状态，提高旱区农业生态系统综合生态效益是未来旱区农业核心技术攻关方向之一。本文系统综述了土壤微生物组与多重生态系统服务之间的关系、旱区土壤健康研究进展以及对旱区土壤微生物组的调控途径，并对未来土壤微生物组和旱区土壤健康研究趋势提出展望，旨在为实现旱区农业绿色可持续发展提供重要科学指导。
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1.1 土壤微生物与作物生产
作物产量和安全生产是集约化农业的主要目标，也是土壤健康的一个重要反映，因为它与动物和人类健康直接相关。植物根际促生菌（PGPR）对植物生长和维持土壤健康维持至关重要。自然条件下植物宿主通过分泌有机酸、酶、黄酮类物质和挥发性有机物等根系分泌物定向招募PGPR，并通过植物-土壤-微生物反馈环进一步增加土壤养分有效性，促进土壤养分转化及植物生长。菌根真菌与植物形成共生体，通过获取植物光合作用同化产物的同时为植物提供氮磷等有效养分来促进植物生长。作物根际稳定和健康的微生物群落体系对于增强土壤养分转化、防御土传病 害以及最终提高作物产能方面具有重要作用（图1）。未来研究应关注微生物介导作物促生和抗逆的潜在机制，为后续利用微生物资源促进作物生长和粮食 安全提供依据。
1.2 土壤微生物与连作障碍消减
连作障碍是农业生产中极为普遍的现象，也是难以防治的问题。土壤连作障碍形成原因是多方面的，包括植物化感自毒物质积累、土壤理化性质劣化、土传病原菌富集和微生物多样性下降等，其最终导致作物抗逆性下降、病害高发、产量减少和品质下降。化感物质除了与植物直接作用之外，与土壤中微生物活性和群落组成密切相关。化感物质进入土壤后作为微生物碳源使得一些有益微生物数量下降而有害微生物丰度增加，土壤细菌多样性下降，所以化感物质和微生物群落组成综合影响了作物的生长发育。通过调节微生物组成来消减土壤中化感物质、抑制土传病原菌和线虫生长、提高土壤细菌多样性，进而缓解土壤连作障碍方面具有很好的应用前景（图1）。
1.3 土壤微生物与水体质量
农业肥料使用造成的环境污染是一个全球性问题，导致水体富营养化，促进有害藻华过度繁殖，并对饮用水质量产生负面影响。利用土壤微生物消减土壤有害物质含量、减少其向水体传播是保持水体质量的有效途径（图 1）。
1.4 土壤微生物与人类健康
健康的土壤不仅是维持动植物生产力的基础，而且人类健康在很大程度上也取决于土壤健康，人类生存繁衍所需的必要元素均来源于粮食作物。微 生物一方面可调控土壤中养分的有效性来影响作物生长，另一方面可通过植物-微生物互作来调控作物品质。土壤微生物作为作物生长和养分循环的重要调控者，在驱动生物地球化学循环的过程中会携带不利于人类健康的抗生素抗性基因或有机毒素，进而影响人类健康。因此，有效操控土壤微生物群落对维持人类健康至关重要（图1）。
1.5 土壤微生物与碳固存
2020年我国提出“碳达峰”和“碳中和”双碳 目标，土壤作为陆地二氧化碳排放的主要来源对于实现双碳目标具有重要意义。土壤微生物通过呼 吸作用降解有机碳产生二氧化碳，据估算每年陆地生态系统排放的碳中有约 1/2来自于异养微生物呼吸。最近研究表明干旱条件下微生物多样性损失并伴随自身活性下降导致二氧化碳排放降低和土壤碳含量增加。西北旱区气候干旱，深刻理解该地区微生物与土壤有机碳之间的关系，对于理解旱区土壤碳周转过程和增加土壤碳固存具有重要意义（图1）。
1.6 土壤微生物与气候缓冲
图 1 土壤微生物与土壤健康间的关系
Fig. 1 The relationship between soil microorganism and soil health
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目前已有多种微生物和微生物过程指标被用于表征土壤健康。微生物酶活性与土壤物理化学性质、微生物多样性及微生物活性高度相关，可用作土壤多功能性的量度；功能基因与微生物的生物地球化学循环密切相关，可用于量化土壤关键过程速率和养分利用效率；构成物种与基因互作网络中的关键节点的微生物类群或者功能类群与土壤生态系统的复杂性和稳定性息息相关，可用于锚定决定土壤微生物代谢功能的核心微生物；土壤中病原菌或病毒可作为诊断植物健康和土壤质量优劣的重要指标；农田生态系统地上作物生产力的高低也与地下土壤健康有着紧密联系等。
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